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石英晶體振蕩器分非溫度補償式晶體振蕩器、溫度補償晶體振蕩器(TCXO)、電壓控制晶體振蕩器(VCXO)、恒溫控制式晶體振蕩器(OCXO)和數字化/μp補償式晶體振蕩器(DCXO/MCXO)等幾種類(lèi)型。其中，無(wú)溫度補償式晶體振蕩器是最簡(jiǎn)單的一種，在日本工業(yè)標準(JIS)中，稱(chēng)其為標準封裝晶體振蕩器(SPXO)?，F以SPXO為例，簡(jiǎn)要介紹一下石英晶體振蕩器的結構與工作原理。
石英晶體，有天然的也有人造的，是一種重要的壓電晶體材料。石英晶體本身并非振蕩器，它只有借助于有源激勵和無(wú)源電抗網(wǎng)絡(luò )方可產(chǎn)生振蕩。SPXO主要是由品質(zhì)因數(Q)很高的晶體諧振器(即晶體振子)與反饋式振蕩電路組成的。石英晶體振子是振蕩器中的重要元件，晶振的頻率(基頻或n次諧波頻率)及其溫度特性在很大程度上取決于其切割取向。石英晶體諧振器的基本結構、(金屬殼)封裝及其等效電路.
只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會(huì )使晶片產(chǎn)生機械變形振動(dòng)，此現象即所謂逆壓電效應。當外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時(shí)，就會(huì )發(fā)生壓電諧振，從而導致機械變形的振幅突然增大。晶體諧振器的等效電路中，Co為晶片與金屬板之間的靜電電容;L、C為壓電諧振的等效參量;R為振動(dòng)磨擦損耗的等效電阻。石英晶體諧振器存在一個(gè)串聯(lián)諧振頻率fos(1/2π)，同時(shí)也存在一個(gè)并聯(lián)諧振頻率fop(1/2π)。由于CoC，fop與fos之間之差值很小，并且RωOL，R1/ωOC，所以諧振電路的品質(zhì)因數Q非常高(可達數百萬(wàn))，從而使石英晶體諧振器組成的振蕩器頻率穩定度十分高，可達10-12/日。石英晶體振蕩器的振蕩頻率既可近似工作于fos處，也可工作在fop附近，因此石英晶體振蕩器可分串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種。用石英晶體諧振器及其等效電路，取代LC振蕩器中構成諧振回路的電感(L)和電容(C)元件，則很容易理解晶體振蕩器的工作原理。
SPXO的總精度(包括起始精度和隨溫度、電壓及負載產(chǎn)生的變化)可以達到±25ppm。SPXO既無(wú)溫度補償也無(wú)溫度控制措施，其頻率溫度特性幾乎完全由石英晶體振子的頻率溫度特性所決定。在0～70℃范圍內，SPXO的頻率穩定度通常為20～1000ppm，SPXO可以用作鐘頻振蕩器。
普通晶體振蕩器與溫補晶振又是一個(gè)截然不同的構造，TCXO是通過(guò)附加的溫度補償電路使由周?chē)鷾囟茸兓a(chǎn)生的振蕩頻率變化量削減的一種石英晶體振蕩器。 在目前溫補晶振的補償方式有兩種。
1.直接補償型TCXO是由熱敏電阻和阻容元件組成的溫度補償電路，在振蕩器中與石英晶體振子串聯(lián)而成的。在溫度變化時(shí)，熱敏電阻的阻值和晶體等效串聯(lián)電容容值相應變化，從而抵消或削減振蕩頻率的溫度漂移。該補償方式電路簡(jiǎn)單，成本較低，節省印制電路板(PCB)尺寸和空間，適用于小型和低壓小電流場(chǎng)合。但當要求晶體振蕩器精度小于±1pmm時(shí)，直接補償方式并不適宜。
2.間接補償型又分模擬式和數字式兩種類(lèi)型。模擬式間接溫度補償是利用熱敏電阻等溫度傳感元件組成溫度-電壓變換電路，并將該電壓施加到一支與晶體振子相串接的變容二極管上，通過(guò)晶體振子串聯(lián)電容量的變化，對晶體振子的非線(xiàn)性頻率漂移進(jìn)行補償。該補償方式能實(shí)現±0.5ppm的高精度，但在3V以下的低電壓情況下受到限制。數字化間接溫度補償是在模擬式補償電路中的溫度—電壓變換電路之后再加一級模/數(A/D)變換器，將模擬量轉換成數字量。該法可實(shí)現自動(dòng)溫度補償，使晶體振蕩器頻率穩定度非常高，但具體的補償電路比較復雜，成本也較高，只適用于基地站和廣播電臺等要求高精度化的情況。
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